Orientador: Ivan Emilio Chambouleyron

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Neste trabalho apresentamos resultados nas propriedades ópticas e elétricas de filmes de germânio amorfo hidrogenado (a-Ge:H), dopados com nitrogênio. Usamos a amônia como gás dopante nos filmes de a-Ge:H. Os filmes foram preparados pela técnica rf-sputtering numa atmosfera de Ar+H2+NH3,...

Resumo: Neste trabalho apresentamos resultados nas propriedades ópticas e elétricas de filmes de germânio amorfo hidrogenado (a-Ge:H), dopados com nitrogênio. Usamos a amônia como gás dopante nos filmes de a-Ge:H. Os filmes foram preparados pela técnica rf-sputtering numa atmosfera de Ar+H2+NH3, como alvo foi utilizado c-Ge. O único parâmetro que foi variado nas deposições foi a pressão parcial de amônia, P(NH3), na faixa de 2.7x1O-6 a 1.4x1O-4 mbar. Conforme se incrementa a P(NH3) nas deposições, a condutividade no escuro à temperatura ambiente (sRT) apresenta uma mudança de 3 ordens de grandeza. A energia de ativação (Ea) decresce de 0.45 eV a 0.15 eV. Estas variações de sRT e Ea são conseqüência da incorporação de nitrogênio ligado na forma tetraédrica nos filmes (dopagem ativa). Das medidas de PDS (Photothermal Deflection Spectroscopy), discutimos o incremento da desordem topológica dos filmes depositados com P(NH3). Adicionalmente, nas medidas de espectroscopia de transmissão óptica na faixa de NIR-VIS, não observamos variação apreciável no gap de Tauc e E04 (energia do fóton correspondente a um coeficiente de absorção de 10-4 cm-1) na série de filmes. Nos espectros de transmissão no infravermelho não se observou a presença de modos de vibração associados a ligações com o nitrogênio, isto é, Ge-N e N-H; a concentração de hidrogênio ligado ao Ge , em torno de 6%, foi determinado através da banda de vibração Ge-H wagging. Finalmente, são comparados os nossos resultados da dopagem de a-Ge:H com NH3 com os resultados obtidos usando nitrogênio (N2) como gás dopante

Abstract: In this work we present results on the electrical and optical properties of nitrogen-doped hydrogenated amorphous germanium films (a-Ge:H). We used ammonia, NH3, as the doping gas for the films of a-Ge:H. The a-Ge:H samples were prepared by rf-sputtering a c-Ge target in na Ar+H2+NH3...

Abstract: In this work we present results on the electrical and optical properties of nitrogen-doped hydrogenated amorphous germanium films (a-Ge:H). We used ammonia, NH3, as the doping gas for the films of a-Ge:H. The a-Ge:H samples were prepared by rf-sputtering a c-Ge target in na Ar+H2+NH3 atmosphere. The NH3 partial pressure ranged from 2.7x10-6 to 1.4x10-4 mbar. It was the on1y deposition parameter varied between different deposition runs. As the NH3 partial pressure in the chamber increases, the room-temperature dark conductivity (sRT) changes up-to 3 orders of magnitude. The activation energy of the dark conductivity decreases from 0.45 to 0.15 eV. These variations are the consequence of the incorporation of tetrahedrally bonded nitrogen atoms into the films (active doping). We discuss the increase of topological disorder in the films produced by increasing NH3 partial pressures, determined from PDS (Photothermal Deflection Spectroscopy) Moreover, spectroscopy measurements on the samples in the NIR-VIS region, show neither changes in the optical Tauc's gap nor in the E04 energy (photon energy corresponding to an absorption coefficient a = 104 cm-1). The content of hydrogen atoms bonded to Ge, around 6 % in alI the films, was determined from the integrated absorption of the Ge-H wagging vibration mode in the mid-infrared energy region. In these measurements absorption bands associated to the vibration modes H-N and Ge-N were not observed.
Finally, the results of active doping of the a-Ge:H network using ammonia are compared to those obtained using nitrogen as a doping gas